软弱夹层地层中无粘结预应力锚索施工技术研究与应用

在岩土工程领域，预应力锚索技术因具备高效锚固性能而 护工程[传统工艺在完整岩层中可通过注浆形成连续锚固体，但在华南沿海软弱夹层地层中 成孔后孔内碎渣极易沉积，导致浆液与索体界面出现分层现象，索体包裹率不足 80 配比、优化钻孔工艺等方式改善施工效果，但未能从根本上解决碎渣沉积 基于此 增设风管的施工方案，通过注浆过程中的风力扰动实现碎渣与浆液的均匀混合，构建密实的复合锚固体。经技术查新， 风管协同注浆技术在国内外均属首次应用，其技术原理与工艺体系可为类似工程提供重要参考。

1 工程概况

某核电工程2#虹吸井为地下双跨箱形结构，前期作为盾构机吊装通道，后期改造为核电机组排水隧道检修井，虹吸井标准段长58.0m、宽26.99m、深22.8m，虹吸井底部靠海侧设置盾构工作井，井长27.4m，宽14.9m，深度为34.4m，基坑支护采用灌注桩加锚索支撑形式，设14 道无粘结预应力锚索。

2 工艺原理及技术特点

2.1 工艺原理

在锚索索体中间增设风管，注浆时通过风管向孔内吹风搅动碎渣，避免其沉积；碎渣与浆液混合后完整包裹索体形成锚固体，解决分层问题，提升注浆效果与围岩受力条件。索体结构包括导向帽、钢绞线、隔离支架、对中支架、注浆管、风管及锚墩。

图1 增加风管无粘结锚索结构原理图

2.2 技术特点

在锚索注浆时，向索体内增加进风管，通过风管进风吹搅孔内碎渣，使其与浆液混合完整包裹索体，可解决浆液分层问题，提高注浆效果；无粘结锚索可提高全孔一次注浆施工效果，既保证注浆质量，又提高工效；锚索锚固力沿锚固段分布，碎渣与浆液混合形成锚固体，进一步增加锚索抗拉体强度，且无粘结的带PE 套段钢绞线能抵制围岩渗水侵蚀，有利于锚索耐久性锚固。

3 施工流程及操作要点

3.1 施工流程

锚索施工工艺流程参见图2。

图2 施工工艺流程图3.2 施工操作要点

基坑开挖采用明挖法，施工原则为短开挖、强支护、快封闭、勤量测。随挖随支护，限时支护，做好基坑排水，减少坑底暴露时间，按需将土方开挖至锚索中心线以下500mm。

从施工区附近基准点采用全站仪定位，按设计孔口位置使用红油漆标明。在脚手架平台上安装专用钢管，将钻机移到专用钢管上，采用地质罗盘仪进行方位角与倾角定位。

3.2.3 （作业平台搭设）钻机就位

如现场实际高程与设计不符，需按锚索设计高程搭设钢管脚手架施工作业平台，参照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范（JGJ130）》，要求脚手架安全稳固，平台宽度不小于 2.0m。随后，根据测量定位将锚索钻机移至相应位置。因钻孔深，受钻头和钻杆自重影响，钻头钻进会下沉，开孔时将倾角调小2°~3°，固定钻机后复测，达标后接上风管开钻。

3.2.4 锚索造孔、洗孔、编制

钻孔时需分段测斜纠偏，孔深超设计 0.4m，孔径、孔深、倾角、方位角等需符合设计并控制误差；遇地质缺陷如断层孔段，采用钢套管跟进等处理方式，必要时征询设计意见；钻孔完毕后，高压风洗孔并保护孔口。锚索编制时，钢绞线按设计长度下料，剥除锚固段PE 套并清除油脂；编索制束时，检查管道畅通耐压、钢绞线锈蚀情况，安装对中支架并绑扎铅丝；制作完毕后做好锚索标识与防护。

3.2.5 锚索安装

钻孔工作结束，用高压风、水冲洗孔道，将钻孔岩屑和泥沙洗净，回水变清后进行锚索安装。采用人工辅以机械安装，下索前校对锚索编号与孔口编号，将编制好的锚索运至孔口并送入孔内，必要时用手动葫芦配合，安装时锚索曲率半径不小于3m，防止损坏结构。穿索中损坏的锚索应更换，同时保证进回浆管和风管等设备完好。

3.2.6 围檩（锚墩）施工

根据设计要求，围护结构与围檩（锚墩）用预应力锚索联合支护，混凝土围檩（锚墩）与预应力锚索连接段技术要点如下：土方开挖至锚索中心线以下500mm，围檩（锚墩）底部土石方不得超、欠挖；若先施工预应力锚索，用 DN200 钢套管将其与围檩（锚墩）隔开；若先施工围檩（锚墩），则提前预埋DN200PVC 管隔开锚索与围檩（锚墩），浇筑混凝土时防止灌入锚索钻孔。

3.2.7 锚索注浆

注浆前需用风管排干孔道积水。无粘结预应力锚索内锚固段和张拉段采用一次注浆，注浆用纯水泥浆，水灰比0.4～0.45：1，一次注浆压力0.4MPa～0.6MPa，初凝后用高压2～3MPa 二次注浆，水泥用P.O42.5R 普通硅酸盐水泥，浆液配合比及外加剂经试验确定且掺早强剂，需监理批准。一次注浆时，风管出风口距注浆面20cm 左右吹风搅动碎渣，使其与浆液混合包裹索体形成锚固体，注浆至孔口排出浆液与注入浆液比重相同后屏浆，屏浆压力为最大注浆压力，时间20min～30min。

3.2.8 锚索张拉锁定

锚固段浆液和围檩（锚墩）混凝土抗压强度达设计值后进行锚索张拉。张拉前，率定设备系统并经监理批准，清理部件后安装锚具和千斤顶。张拉时，初始荷载为设计值0.1 倍，按规定程序张拉至预加力。张拉及卸载平稳，每级观测至位移稳定后进入下一级，通知监理记录数据。锁定后，夹片不齐超 2mm 退锚重拉，48h 内应力损失超 10%补偿张拉。锚索承载力用抗拔试验确定，每层试验数量为总数 5%且不少于 5 根；锁定质量用锚头测试元件检测，数量不少于 5%且不少于 5 根。锚索入孔后及时注浆，达强度尽早张拉，边开挖边锚固部位，注浆3 天内不爆破，3 - 7 天内爆破质点振动速度不超1.5cm/s。

3.2.9 外锚头保护

锚索张拉完毕，经锚索测力计监测分析，预加力稳定无变化后，从锚具外端量 50mm 钢绞线，其余用砂轮切割机截去，严禁用电弧或乙炔焰切割，锚索端部用M30 砂浆封锚保护并及时养护。

4 材料设备及质量控制

4.1 材料设备

为满足工程施工需要和整体施工工期的要求，主要施工材料如表1 所示。

表1 主要施工材料配置表

主要机械设备配置如表2 所示。

表2 主要施工机械设备配置表

4.2 材料质量标准

标准依据：《水电水利工程预应力锚固施工规范》（DL/T 5083）等。预应力锚索采用有涂层或带PE 套管高强低松弛钢绞线，进场有品

质证明及检验报告，经监理验收，试验人员取样试验。注浆水泥选P·O42.5 普通硅酸盐水泥，符合《通用硅酸盐水泥（GB175）》，进场附质

量证明并验收，按要求复检，超 3 个月使用前复验。锚索注浆用纯水泥浆，加早强减水剂，外加剂掺量实验确定，质量符合标准并说明。

施工用水符合《混凝土用水标准（JGJ63）》，宜用饮用水。内、对中、张拉段隔离支架为 PE 塑料，前端导向帽用钢管自制。注浆管、风管

选φ25、φ20mmPE 塑料管，耐压值不低于设计注浆压力1.5 倍。锚具符合设计和《预应力筋用锚具、夹具和连接器（GB/T14370）》规定。4.3 质量保证措施

成立质量领导机构，项目经理任组长，设专职质检员监督施工质量，落实岗位责任制。预应力锚索施工前需技术交底，严格按《水电水利工程预应力锚固施工规范》（DL/T 5083）进行质量检查与验收。建立健全各项规章制度，做好工序检查与验收。检测工程设备、仪器，避免误差影响质量。施工中做好工序记录，及时整理分析，不合格或未经验收签字的半成品不得进入下道工序，遵循以自检为主的三级检查制度，作为验收依据。

5 施工效果

无粘结锚索注浆时通过风管进风吹搅孔内碎渣避免其沉积，使碎渣与浆液混合完整地将索体包裹严密，有效地解决浆液与孔内碎渣的分层问题，大大提高锚索注浆效果，提升锚索施工质量。虹吸井利用软弱夹层无粘结预应力锚索进行施工，施工过程同时对围岩进行监测。监测结果表明，锚索施工后锚固力损失在设计允许范围内，同时证明施工完成的预应力锚索是符合现场施工情况，锚索处于正常工作状态，围岩处于稳定状态，取得了良好的效果。

5.1 经济效益

通过增加风管后减少锚索的返工工序，通过现场实践锚索施工一次验收合格率提升 31 个点合计 54 束锚索，从而节约施工成本。锚索每延米人工成本为 413 元/m，材料成本 93.34 元/m。锚索每束锚索长度为21.5m，故每束施工费用为（413+93.34）×21.5=10886.31 元，共计节约 10886.31×54=587860.74 元成本。

5.2 社会效益

该施工能够有效地解决浆液分层问题的施工方法，从而有效的解决锚索在软弱夹层地质情况下的施工问题。得到监理和业主的一致好评，同时提高了企业的社会影响力。

6 安全与环保措施

作业人员需穿戴劳保用品，高空作业系安全带；张拉区严禁人员进入；脚手架经验收后方可使用；张拉设备定期率定，异常情况立即停机处理。

造孔设备安装捕尘装置；废浆废水经沉淀处理后运至弃渣场；PE 套管、废油脂等废弃物分类回收处理；施工后场地清理恢复原貌。7 结果

锚索注浆时用风管吹搅孔内碎渣，使碎渣与浆液混合包裹索体，解决浆液分层问题，提升锚索注浆效果和施工质量，减少返工工序，降低施工成本。无粘结锚索采用增加风管全孔注浆工序，提高工效和施工质量，避免围岩渗水侵蚀，增强锚索耐久性。增加风管后的锚索适用于存在软弱夹层的地质边坡和高边墙锚固支护，地处沿海，孤石和软弱夹层较多地质条件差的工程，采用软弱夹层无粘结预应力锚索，可解决传统锚索对复杂地质适应性差的问题。

结语

本研究提出的风管协同注浆技术，通过结构创新与工艺优化，突破了软弱夹层地层锚索施工的技术瓶颈。其核心价值在于首次建立碎渣动态混合理论，构建了“扰动-包裹-锚固”一体化技术体系，为复杂地质条件下的锚固工程提供了新方式。未来可进一步开展以下研究，富水地层中风压-注浆压力耦合调控模型；智能风管系统的物联网改造，实现注浆过程实时监测与反馈。

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作者简介：王宁（1991-），男，青海西宁人，工程师，主要从事核电项目技术管理工作。